11.温度センサープロジェクト(1)ーRaspberry Pi Pico WindowsC言語入門

13.1.サーミスタによる温度計測

プロジェクト名：TempThermistor

プロジェクト概要

SEMITEC株式会社のATサーミスタ１０ｋΩ-103ATを使用した温度計測のプロジェクトです。秋月電子通商から販売されています。

抵抗値(25℃)：10kΩ±1%

B定数(25-85℃)：3435K±1%

熱放散定数(25℃)：約2mW/℃

熱時定数(25℃)：約15s

定格電力(25℃)：10mW

使用温度範囲：-50~+110℃

温度の求め方は以下です。

//ADC

const float ConversionFactor = 3.3f / (1 << 12);

//Ntc thermistor

const float Bvalue = 3435; //B定数の設定

const float Ktemp25 = 298.15; //摂氏25度のケルビン温度

const float Resi25 = 10000; //摂氏25度のサーミスタ抵抗

const float R1 = 10000; //分圧測定のための抵抗

まず、12bitのバイナリ電圧値を、Volt電圧に変換します。

F loat thVolt = (float)adc_read() * ConversionFactor;

次に、抵抗値を求めます。回路図から分圧抵抗R1は10Kです。

float thResi = (thVolt * R1)/(3.3f - thVolt);

メーカーから提供されているB定数、25℃のケルビン定数、および25℃の抵抗値からケルビン温度を求めます。

float ktemp = 1.0f/(1.0f/Bvalue * log(thResi/Resi25) + (1.0f/Ktemp25));

最後にケルビン温度から摂氏の温度を求めます。

float ctemp = ktemp -273.15f;

本プロジェクトでは、同時にPico内蔵のオンボード温度センサーでの温度も計測し、表示します。比較することで、サーミスターの温度の誤差、ノイズ等を確認できます。

部品リスト

SEMITEC APサーミスタNTCサーミスタ１０ｋΩ103AT-2 1 秋月電子通商

1/4W 10K抵抗１

GROVEの16 x 2 LCD １スイッチサイエンス

配線図

ソースリスト

include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#include <math.h>

#include "pico/stdlib.h"

#include "hardware/i2c.h"

#include "pico/util/datetime.h"

#include "hardware/rtc.h"

#include "hardware/adc.h"

//#define PICO_DEFAULT_LED_PIN 25

#define LED_PIN PICO_DEFAULT_LED_PIN

#define ADC0_PIN 26

#define I2C_PORT i2c0

#define I2C_SDA 8

#define I2C_SCL 9

//ADc

const float ConversionFactor = 3.3f / (1 << 12);

//Ntc thermistor

const float Bvalue = 3435; //B定数の設定

const float Ktemp25 = 298.15; //摂氏25度のケルビン温度

const float Resi25 = 10000; //摂氏25度のサーミスタ抵抗

const float R1 = 10000; //分圧測定のための抵抗

//10.1章参照-----

int WaitTerminalStartup(int timeout_msec) {

void ScanI2CBus() {

//------------------

void InitAdc()

{

adc_init();

adc_set_temp_sensor_enabled(true);

adc_gpio_init(ADC0_PIN);

}

float ReadOnBoardTemperature()

{

adc_select_input(4);

float tempV = (float)adc_read() * ConversionFactor;

float tempC = 27.0f - (tempV - 0.706f) / 0.001721f;

return tempC;

}

float ReadThermistorTemperature()

{

adc_select_input(0);

float thVolt = (float)adc_read() * ConversionFactor;

float thResi = (thVolt * R1)/(3.3f - thVolt);

float ktemp = 1.0f/(1.0f/Bvalue * log(thResi/Resi25) + (1.0f/Ktemp25));

float ctemp = ktemp -273.15f;

return ctemp;

}

//10.3章参照-----

void InitRtc()

//10.2章参照

//lcd -------------

int main()

{

stdio_init_all();

gpio_init(LED_PIN);

gpio_set_dir(LED_PIN, GPIO_OUT);

gpio_put(LED_PIN, 0);

i2c_init(I2C_PORT, 400*1000);

gpio_set_function(I2C_SDA, GPIO_FUNC_I2C);

gpio_set_function(I2C_SCL, GPIO_FUNC_I2C);

gpio_pull_up(I2C_SDA);

gpio_pull_up(I2C_SCL);

WaitTerminalStartup(30*1000);

printf("\nTerminal connected\n");

ScanI2CBus();

printf("I2C Scan completed\n");

lcd_init();

InitAdc();

InitRtc();

char buf[128];

datetime_t nowdt;

int presec = -1;

while (1) {

rtc_get_datetime(&nowdt);

if(presec != nowdt.sec)

{

sprintf(buf, "%02d/%02d %02d:%02d:%02d", nowdt.month, nowdt.day, nowdt.hour,nowdt.min, nowdt.sec);

lcd_set_cursor(0, 0);

lcd_string(buf);

float btemp = ReadOnBoardTemperature();

float ttemp = ReadThermistorTemperature();

sprintf(buf, "TH:%4.1f ADC:%4.1f", ttemp, btemp);

lcd_set_cursor(1, 0);

lcd_string(buf);

printf("%4d/%02d/%02d %02d:%02d:%02d thermistor:%4.1f onborad:%4.1f\n", nowdt.year, nowdt.month, nowdt.day,

nowdt.hour,nowdt.min, nowdt.sec, ttemp, btemp);

}

presec = nowdt.sec;

sleep_ms(200);

}

return 0;

}

オンボード温度センサーに比べて５℃程度高くなっておりますが、この誤差はリニアですので、補正をすることで、実用になると思います。ばらつきも安定しています。